Nanociencias y nanotecnologías
Nanosciences and nanotechnologies
Fernando Palacio
Las nanotecnologías
constituyen, junto con el amplio paquete de las bio y las tecnologías de
la información, los ejes sobre los que se están construyendo las estrategias de
desarrollo económico del futuro. Estados Unidos y Japón han tomado en este área
un claro liderazgo al que pretende sumarse, con retraso, la Unión Europea. En
España, defiende el autor, el concepto apenas ha cuajado en forma de política
científica. Nanotechnologies are, together with the bio-sciences and
information technology, the pivoting axis on which future economic development
strategies are based. United States and Japan are clear leaders in this
research line, while Europe, from a delayed position, strives to join the
group. In the view of the author, nanotechnology is scarcely represented in
Spain’s scientific policies. Las nanotecnologías tratan de la tecnología de lo pequeño
en grado extremo. Se apoyan en las nanociencias que buscan el conocimiento y
comprensión de los fenómenos que ocurren a esas escalas de tamaño y les
proporcionan base conceptual para su aplicación. El prefijo nano, que en griego significa pequeño, se usa en el mundo científico
para expresar la mil millonésima parte de una magnitud. Un nanómetro es la mil
millonésima parte de un metro, casi cien mil veces más pequeño que el grosor de
un cabello humano y el tamaño de una nano-Tierra
no excedería el de una canica. A escala nanométrica el número de átomos que componen una
partícula de material (nanopartícula, en la jerga al uso), el grosor de un
nanohilo o el espesor de una nanocapa, es pequeño y va desde unos cientos, en
el caso de una nanopartícula, a unas cuantas unidades en el caso de una
nanocapa. En estas condiciones aparecen propiedades en el material que no se
observan en escalas de tamaño superiores. El control de materiales a escala
nanométrica abre unas posibilidades de miniaturización sin precedentes, pero
requiere también el desarrollo de una tecnología de manipulación de átomos y
moléculas muy precisa. Nanotecnología es, pues, un término que engloba una
amplia serie de técnicas usadas para modificar, caracterizar y controlar la
materia a escala nanométrica. No resulta difícil hacer un balance de lo que han
representado los últimos 25 años de política científica en el avance de la
ciencia y la tecnología relacionadas con la preparación de materiales de tamaño
nanoscópico y el comportamiento físico o químico de los mismos. A finales de la
década de los setenta, por poner una referencia, la terminología nano todavía no se había impuesto, ni
dentro ni fuera de España. Sin duda se hacían experimentos y había interés en
el estudio de materiales y fenómenos físicos a escala submicrométrica, pero su
ámbito estaba restringido más a la curiosidad individual que a la colectiva. La
percolación de actividades e intereses a escala global no llega hasta la década
de los ochenta con la aparición una serie de descubrimientos muy notables que
actúan como catalizadores en el desarrollo del área y conducen a la explosión
que ha tenido lugar en los últimos diez años. En 1981, Gerd Binnig y Heinrich Rohrer crean el
microscopio de efecto túnel, capaz de «ver» los átomos individuales. Poco
después, Robert Curl, Harold Kroto y Richard Smalley descubren la molécula de
fulereno, formada por 60 átomos de carbono en una disposición esférica que se
asemeja a un balón de fútbol y con un tamaño de aproximadamente un nanómetro. A
esta restringida lista cabría añadir el descubrimiento, hecho por Sumio Iijima
en 1991, de los nanotubos de carbono. Es también a finales de los setenta
cuando se descubre el primer imán molecular y los primeros superconductores
orgánicos; y a primeros de los noventa cuando se identifica el primer imán
monomolecular y se estudian los efectos de túnel cuántico de spin
asociados. La vitalidad de la nanotecnología
Hoy lo nano
está en auge, con una intensidad y expectativas sólo comparables a lo bio y apoyado, en los países
tecnológicamente más avanzados, con financiaciones multimillonarias a través de
programas de investigación. Ese mismo auge se aprecia en la actividad de un
buen número de grupos de investigación en nuestro país. Una ojeada a las
composiciones de comités de dirección de programas internacionales de temas
relacionados con lo nano, o de
comités asesores internacionales en reuniones y eventos científicos en este
área, o de comités editoriales de revistas de la especialidad, nos indica que
hay grupos españoles muy bien situados, con amplio prestigio internacional, en
la mayoría de los temas que abarcan las nanotecnologías. Esta presencia hubiera
sido impensable en el panorama científico que teníamos hace 25 años. El balance, pues, es la transformación que va de una
sociedad científica poco internacionalizada, mal equipada, formada por unas
pocas brillantes individualidades, algunos grupos no muy competitivos y tal vez
una o dos Universidades aceptablemente dotadas, a la que hay en la actualidad,
todavía muy lejos del papel que le corresponde al PIB que tenemos, pero con
presencia y reconocimiento internacionales en un campo tan nuevo y tan
competitivo como el de las nanotecnologías. El mérito de esta transformación
corresponde, sin duda, a la aprobación de la Ley de la Ciencia de 1986, al
trabajo llevado a cabo por la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología
(CICYT), desde que se constituye en 1988 como consecuencia del primer Plan
Nacional de I+D, a la Agencia Nacional de Evaluación y Prospectiva (ANEP) por
el valiosísimo papel complementario de garante independiente de calidad y,
sobre todo, a los investigadores, que con dotaciones no comparables a las de
sus competidores han sabido ponerse a su altura. La lectura que podemos hacer es la importancia que tiene
financiar, sin excesivo dirigismo, la investigación de calidad a nivel básico y
básico-orientada, fomentar una sociedad científica abierta y competitiva, y
confiar en la capacidad de los científicos para generar y desarrollar nuevas ideas.
Esta financiación llega, además, en un momento muy oportuno: la eclosión de
toda un área innovadora, muy prometedora y cargada de interés científico y
posibilidades tecnológicas. No es de extrañar pues que científicos y grupos
españoles hayan estado, desde el principio, estrechamente relacionados con el
desarrollo del área. El potencial económico y de desarrollo social que ofrecen
las nanotecnologías es impresionante. Imaginemos lo difícil que nos resultaría
volver al esquema de sociedad anterior a la aparición del chip. Pues bien, los cambios que veremos en los próximos años como
consecuencia de innovaciones basadas en las nanotecnologías, sin duda serán y
tendrán efectos muy superiores. Afectarán a áreas tan diversas como
electrónica, computación, medicina, salud, exploración espacial, clima,
biotecnología o agricultura, por citar sólo algunas. Ya hay aplicaciones comerciales basadas en
nanotecnologías, aunque el proceso no ha hecho más que empezar. Las últimas
generaciones de ordenadores ya disponen de cabezas de lectura y grabación que
incorporan dispositivos basados en magnetorresistencia gigante y formados por
multicapas nanométricas. Existen cremas contra el sol que incorporan
nanopartículas con un alto potencial de absorción de radiación ultravioleta. Ya
hay cerámicas autoesterilizantes basadas en un recubrimiento de partículas
nanoscópicas capaces de desarrollar reacciones catalíticas bajo la débil
radiación ultravioleta de una bombilla. Su utilización en hospitales es obvia,
pero también se están comenzando a emplear para la construcción de lavabos y
sanitarios. Los límites parecen mezclarse con la ficción. Pensemos en
memorias magnéticas. El reto está en llegar al terabit (un billón de bits)
por centímetro cuadrado, es decir, una densidad cien veces superior a las
actuales. Esta es la memoria que se estima en el cerebro humano. Con
interconexiones y lógica computacional adecuadas se dispondrá de ordenadores
capaces de ejecutar tareas inteligentes,
como traducción simultánea, reconocimiento de imágenes o vigilancia y cuidado
de enfermos, que son inimaginables hoy día. Imaginemos la administración de fármacos. Más de la mitad
de los fármacos terapéuticamente útiles son hidrófobos, lo que complica su
administración a través de medios acuosos. Reduciendo a escala nanométrica el
tamaño de las partículas del producto a administrar se mejorará la bioaccesibilidad de estos productos, ya
que al ser lo suficientemente pequeñas como para pasar por los vasos capilares
se podrán administrar por vía intravenosa sin mayores riesgos. Se están diseñando fármacos consistentes en
nanopartículas magnéticas recubiertas por el producto biológicamente activo que
podrá ser guiado, a través de su flujo sanguíneo, desde el exterior del
paciente para ser depositado en el órgano sobre el que se pretenda actuar. De
esta forma se está administrando quimioterapia a ratas con tumores cerebrales. El recubrimiento de superficies con nanopartículas de
óxido de titanio les confiere, entre otras propiedades, un profundo carácter
hidrófilo. Las gotas de agua se extienden sobre la superficie en lugar de
tender a una forma esférica. La polución ambiental, mayormente lipófila, no se
adhiere a este tipo de superficies y basta un chorro de agua para lavarlas.
Ventanas con este tipo de recubrimientos permiten formar una finísima capa
homogénea de agua que desciende cubriendo la totalidad de la superficie cuando
es suministrada desde la parte superior. En climas calurosos la evaporación de
esta lámina de agua permite diferencias de más de diez grados entre el interior
y el exterior de habitaciones con este tipo de ventanas. En Japón se está
estudiando el aplicar esta forma de climatización a edificios de oficinas en
macrópolis como Tokio, lo que reducirá considerablemente los efectos de
sobrecalentamiento de la ciudad debido a los sistemas de aire acondicionado.
Este sería un ejemplo de cómo una aplicación nanotecnológica puede inducir un
cambio microclimático. Dotaciones multimillonarias
Éstos son algunos objetivos concretos y desarrollos en
fase experimental, pero la lista de posibilidades que abren las nanotecnologías
parece no tener otro límite que la imaginación. Las consecuencias supondrán
mejoras fundamentales en la calidad de vida, la medicina y la salud. De ahí que
países como Estados Unidos y Japón se hayan apresurado a lanzar programas de
investigación en nanotecnología cuantiosamente dotados. En Europa, los primeros países en tener programas
propios, con financiaciones adicionales a las de sus programas ya existentes,
han sido Alemania, Países Bajos, Suecia y Suiza; adicionalmente se han ido
tejiendo iniciativas de colaboración internacional, de manera más o menos
espontánea, entre grupos de investigación de países europeos, al amparo del V
Programa Marco, del Programa COST o de la European Science Fundation, entre
otros, donde grupos españoles participan activamente. Con algo de retraso, la
Unión Europea se propone financiar las nanotecnologías, de forma específica y
sustancial, en su VI Programa Marco. Es decir, los países tecnológicamente más desarrollados
se han dado cuenta de la importancia de este campo de investigación y se han
apresurado a ocupar posiciones en la parrilla de salida, con Estados Unidos y
Japón ocupando los lugares de la pole
position. De alguna manera la salida ya está dada, y el papel de quienes se
retrasen a tomarla no podrá ir más allá que el de comparsa. Perspectivas preocupantes
A nivel nacional las perspectivas no dejan de ser
preocupantes. La lectura del Plan Nacional de Investigación Científica,
Desarrollo e Innovación Tecnológica actualmente en vigor (2000-2003) muestra
que las nanotecnologías simplemente no existen. Ni siquiera aparecen
contempladas como objetivo científico-tecnológico en el área de materiales. Sin
embargo, su importancia en el desarrollo de la sociedad que se nos avecina
justificarían su constitución como área científico-tecnológica. Esto es lo que
ocurre con la biotecnología y las tecnologías de la información y de las
comunicaciones, los otros dos pilares básicos sobre los que se está
consolidando la sociedad del futuro. Como éstas, las nanotecnologías
constituyen un área compleja donde se debe conjugar la investigación básica con
la orientada hacia aplicaciones, y las iniciativas bottom-up con objetivos programáticos concretos. Es igualmente un
área profundamente interdisciplinaria y multidisciplinaria, que exige forzar la
formación de grupos amplios, multidisciplinarios y adecuadamente dotados, pero
con una estructura lo suficientemente flexible y dinámica como para atender a
su evolución y poder consolidar, con aplicaciones concretas, los avances que se
vayan consiguiendo. Exige la constitución de centros de investigación, dotados
con amplitud de técnicas, sobre todo para la fabricación de nanomateriales pero
también para su caracterización, con infraestructura humana competente y bien
formada, y con presupuestos adecuados a los objetivos del centro y que permitan
su funcionamiento. El panorama nacional deja, sin embargo, resquicios para
el optimismo. El menor de ellos no es la preocupación que trasluce el
mencionado Plan Nacional de I+D+I en coordinarse «de forma más efectiva» (sic)
en la política de investigación y desarrollo que se contempla en los Programas Marco
de la Unión Europea. También es significativo que el primer objetivo
estratégico sea el de elevar el nivel de la ciencia y tecnología españolas,
tanto en tamaño como en calidad, con un incremento del porcentaje de gasto en
I+D respecto del PIB que iría del 0,95 en 1998 (0,90 según la OCDE) hasta 1,29
en el año 2003. El incremento es significativo pero el objetivo de inversión
está todavía muy por debajo del 2 % que invierte la media de países europeos. A
pesar de ello, si estos objetivos se ejecutan sin que sean maquillados con
partidas de desarrollo militar que nada tienen que ver con I+D, sus efectos
pueden suponer un nuevo salto cualitativo, no ya sobre el desarrollo de las
nanotecnologías sino en todo el sector científico y tecnológico nacional. Sería deseable que el análisis retrospectivo que se haga
dentro de unos años (no hay que esperar otros veinticinco) permita concluir que
de una presencia y reconocimiento internacionales hemos pasado a generar
tendencias de investigación y ejercer papeles de liderazgo en sectores
suficientemente amplios (ya se empiezan a tener en temas concretos) que
atraigan al sector productivo y le permitan innovaciones y desarrollos
competitivos en un plano global. En el área de las nanotecnologías esto se
puede conseguir, la simiente existe y al menos a nivel europeo se da el caldo
de cultivo necesario para su desarrollo. Es de esperar que desde la
administración se articulen las condiciones suficientes para facilitarlo y
consolidarlo. Fernando Palacio es Profesor de Investigación en el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón del Consejo
Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y de la Universidad de Zaragoza. Frases
destacadas
«El potencial económico que
ofrecen las nanotecnologías es muy superior al que supuso la aparición del chip
y afectará a áreas tan diversas como electrónica, computación, medicina,
exploración espacial, clima, biotecnología o agricultura.» «La lectura del Plan
Nacional de I+D+I actualmente en vigor muestra que las nanotecnologías simplemente
no existen, ni siquiera aparecen como objetivo científico-tecnológico en el
área de materiales.»
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